100MW级高峰值功率高光束质量Nd:YAG激光器

报道了一台高峰值功率、高光束质量、高稳定性的100 MW级脉冲灯泵浦Nd:YAG激光器。激光器整机采用种子注入功率放大方式,由激光脉冲放大理论出发,理论分析了影响放大级输出能量密度的因素,结合腔型结构优化设计,合理地选取了实验器件参数。实验中,本振级采用基模动态稳定腔结合电光调Q方式,实现了42mJ基模脉冲激光稳定输出,发散角为0.9mrad。当重复频率为10Hz时,经过腔外两级放大,激光器最终获得了1.146 J的1 064 nm动态激光,脉宽为9.2 ns;输出光束为平顶高斯型分布,发散角为0.3 mrad,1 h内的能量不稳定度RMS≤2.88%。

大口径薄膜衍射主镜面形误差仿真分析

以理想坐标面为参考面,建立了大口径薄膜衍射主镜面形误差与波前误差的关系模型.首先建立了子镜面形误差模型;其次根据导出的子镜波前误差与大口径薄膜衍射主镜波前误差关系式,分别讨论了边缘褶皱面形和球面面形两种形变情况下不同区域子镜的形变允许范围;最终通过全体子镜的波前误差反向拟合Zernike多项式,得到了不同形变情况下主镜的低阶像差类型.研究结果可为成像系统的像差校正提供理论依据,对大口径薄膜衍射主镜的夹持装配有参考意义.

基于瑞利-索末菲衍射理论的近场大衍射角衍射光学元件的设计

提出了一种基于瑞利-索末菲衍射理论的设计方法,用于近场大衍射角衍射光学元件的设计.研究在大衍射角条件下,衍射光学元件面和输出面采样点之间应满足的空间位置关系.采用无远场和傍轴近似的正、逆向衍射计算方法对传统盖师贝格-撒克斯通算法进行改进,得到近场大衍射角衍射光学元件的设计方法.以"田"字形目标光强为例,将传统设计方法、现有大衍射角衍射光学元件设计方法和本文提出的设计方法进行对比,结果表明:在近场区域,本文方法可以准确重构出大衍射角衍射光学元件的目标光场,其他两种方法则会导致重构光场产生明显的畸变或者模糊化.

薄膜衍射主镜基底面形误差的像差特性分析

基于衍射光线追迹和波前再现的方法,建立了薄膜衍射主镜基底面形误差所引起波前误差的物理仿真模型。并以边缘褶皱面形和中心向外凸出球面面形两种典型的薄膜基底形变类型为例,分别研究了两种面形误差对衍射主镜成像质量的影响,讨论了这两种典型薄膜形变所引起的主要像差类型,分析了衍射主镜波前均方根误差、面形峰谷值与光学系统斯特列尔比(SR)的相互关系,为进一步研究薄膜衍射主镜的装配夹持和像差补偿提供了理论支撑。

衍射主镜面外拼接误差分析

多子镜拼接的方法可实现大口径菲涅耳衍射透镜制作,但拼接误差会对光学系统的成像质量造成影响。通过衍射光线追迹和波前恢复的方法,正向得到了子镜沿自身x′轴倾斜、y′轴倾斜、z′轴平移等面外误差与对应波前误差Zernike系数的数据库。利用数据库基于反向传播神经网络优化算法反向建立波前误差Zernike系数与对应面外误差的非线性耦合映射模型,可实现通过输入Zernike系数完成对面外误差耦合扰动情况的快速求解,运用带有符号的数值判定面外误差的大小及方向。对该模型进行模拟数值计算,验证了该方法的精度及可靠性,为衍射拼接主镜的共面检测、装调提供理论依据。

衍射拼接主镜厚度误差分析及分辨率增强实验

基于傅里叶光学的基本原理和稀疏孔径光瞳结构,建立了子镜与衍射拼接主镜厚度误差间的关系模型。在子镜无衍射结构一侧微变形情况下,给出了任意低阶面形误差引入的相位差的一般表达式。以球面变形为例,分析计算了面形误差的容许范围,并采用ZEMAX光线追迹法对结果进行了交叉验证。对于子镜双侧无变形的特殊情况,运用蒙特卡罗方法讨论了子镜间厚度的一致性对拼接主镜成像质量的影响,给出了正态分布条件下衍射拼接主镜相干成像时子镜厚度误差的方差与极值范围。根据理论设计结果加工了两片离轴衍射子镜,开展了双子镜拼接成像性能实验。实验结果表明,衍射拼接主镜能提高等效分辨率。